DE69618655T2

DE69618655T2 - Permanent magnetregulierbarer koppler

Info

Publication number: DE69618655T2
Application number: DE69618655T
Authority: DE
Inventors: J. Lamb
Original assignee: Magna Force Inc
Current assignee: Magna Force Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: NO314918B1; ES2170883T3; NO981739L; DK0856208T3; EP0856208B1; NO981739D0; AU7454296A; KR19990066941A; BR9611058A; EP0856208A1; JP4205746B2; BR9611058B1; JPH11513877A; CA2235472A1; KR100467880B1; JP4067059B2; PT856208E; US5739627A; JP2007089396A; ATE211593T1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Magnetantriebe des Typs, bei denen ein Magnet-Rotor Permanentmagneten aufweist, die von einem elektrisch leitenden Rotor beabstandet sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Veränderung der Drehmomentübertragungsfähigkeit von Permanentmagnet-Kupplungen.

Hintergrund der Erfindung

In unserer gleichzeitig eingereichten Anmeldung, auf die Bezug genommen wird, wird ein Permanentmagnet-Antrieb dargestellt, bei dem Permanentmagneten auf einem Magnet-Rotor durch Luftspalte von elektrisch leitenden Elementen auf einem elektrisch leitenden Rotor beabstandet sind, die an dem Magnet-Rotor gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die Magnete sind in Gruppen von zwei Magneten pro Gruppe angeordnet, und bei jeder Gruppe sind die Pole ihrer Magnete umgekehrt, so dass jede Gruppe Pole entgegengesetzter Polarität aufweist, die jedem der elektrisch leitenden Elemente zugewandt sind. Drehmomentänderungen werden durch Veränderung der Luftspalte zwischen den Polflächen und den elektrisch leitenden Elementen bewirkt. Die vorliegende Erfindung schafft eine alternative Anordnung für Drehmomentänderungen, die unabhängig von den Luftspalten ist und eingesetzt werden kann, um ein "allmähliches Anlaufen" (soft start) zu erreichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die zwei nebeneinander angeordneten Permanentmagnete in jeder Gruppe als ein Magnetmodul in einer entsprechenden kreisförmigen Aufnahme angebracht, die in einer runden Vertiefung in dem scheibenförmigen Körper des Magnet-Rotors gedreht werden kann. Bei dieser Anordnung kann die neutrale Ebene zwischen den aneinandergrenzenden Seitenflächen der zwei nebeneinander angeordneten Magnete in Bezug auf die Drehachse des Magnet-Rotors bewegt werden, indem die Aufnahme aus einer Maximaldrehmoment-Position, in der sich die neutrale Ebene strahlenförmig von der Drehachse des Rotors aus erstreckt, in eine Minimaldrehmoment-Position gedreht wird, in der die neutrale Ebene senkrecht zu seiner Maximaldrehmoment-Position ist.
In der einfachsten Form der Erfindung werden die Magnetmodule einzeln eingestellt und in der eingestellten Position beispielsweise durch eine Stellschraube arretiert. Bei einer komplexeren Anordnung können die Module gleichzeitig in eine eingestellte Position gedreht werden. An den Aufnahmen können Zähne vorhanden sein, die mit einem Sonnenrad in Eingriff sind, so dass sie sich gleichzeitig drehen, wenn eine der Aufnahmen gedreht wird oder das Sonnenrad gedreht wird. Eine genaue Definition der Erfindung wird in Anspruch 1 gegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Vertikalschnittansicht einer ersten Ausführung einer einstellbaren Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Vertikalschnittansicht eines Teils des Magnet-Rotors, wie er in Fig. 1 zu sehen ist;
Fig. 3 ist eine Teilansicht bei entfernter Abdeckplatte, wie sie durch die Linie 3-3 in Fig. 2 angedeutet ist;
Fig. 4-A bis 4-C sind Ansichten des Magnet-Rotors bei entfernter Abdeckplatte, die jeweils die Maximaldrehmoment-Position, eine Mitteldrehmoment-Position und die Minimaldrehmoment-Position der Magnetmodule der ersten Ausführung zeigen;
Fig. 5 ist eine Vertikalschnittansicht wie in Fig. 1, die eine zweite Ausführung der einstellbaren Kupplung zeigt;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Vertikalschnittansicht eines Teils des Rotors, wie er in Fig. 5 zu sehen ist;
Fig. 7 ist eine Ansicht des Magnet-Rotors der zweiten Ausführung, wie sie durch Linie 7-7 in Fig. 5 angedeutet ist, wobei jedoch die Abdeckplatte und die Nabenplatte entfernt sind und sich die Magnetmodule in einer Maximaldrehmoment- Position befinden;
Fig. 8 ist eine Ansicht eines Magnet-Rotors in einer dritten Ausführung der einstellbaren Kupplung wie in Fig. 7, wobei sich die Magnetmodule ebenfalls in einer Maximaldrehmoment-Position befinden; und
Fig. 9 ist eine Ansicht wie Fig. 8, wobei sich jedoch die Magnetmodule in einer Minimaldrehmoment-Position befinden.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1-4 ist eine erste Ausführung der Erfindung dargestellt, die bei einer Kupplung eingesetzt wird, die einen elektrisch leitenden Rotor 9 und einen Magnet-Rotor 10 aufweist, der sich in der Mitte zwischen zwei elektrisch leitenden Scheiben 11-12 befindet, die durch den elektrisch leitenden Rotor gebildet werden und vorzugsweise Eisen- Trägerscheiben 13-14 aufweisen. Die Scheiben 11-12 werden durch drei oder mehr Abstandshaltebuchsen 16 getrennt, die gleichmäßig in Umfangsrichtung der Scheiben beabstandet sind, so dass Luftspalte 17-18 zwischen den Scheiben 11-12 und dem magnetischen Rotor 10 gebildet werden. Durch die Trägerscheibe 14, die elektrisch leitende Scheibe 12, die Buchsen 16, die elektrisch leitende Scheibe 11 hindurch erstrecken sich Verbindungsschrauben 20, die in die Trägerscheibe 13 eingeschraubt sind. Die Scheiben 11, 13 sind mit Schrauben 22 an einer Nabe 24 befestigt, und der magnetische Rotor 10 ist mit Schrauben 26 an einer Nabe 28 befestigt. Die Naben 24, 28 ihrerseits sind mit konischen Buchsen-Passteilen 30, 31 über Keile 32, 33 an voneinander unabhängigen Wellen 34-35 befestigt, von denen eine eine angetriebene Eingangswelle und die andere eine Ausgangswelle ist, die mit einer Last verbunden ist. Geeignete Lager tragen die Wellen 34-35 unabhängig voneinander.
Der magnetische Rotor 10 umfasst eine Primärscheibe 10a und eine Abdeckscheibe 10b, die durch die Schrauben 26 zusammengehalten werden und eine Vielzahl fluchtender kreisförmiger Öffnungen 37-38 an ihren Umfang angrenzend aufweisen. Magnetmodule 39 mit Magnetaufnahmen 40 nehmen die Öffnungen 37-38 ein. Jede Aufnahme 40 weist äußere Ränder auf, die ausgespart sind, so dass ein ringförmiger äußerer Steg 41 entsteht, der zwischen der Abdeckscheibe 10b und einer Haltelippe 38a gehalten wird, die die entsprechende Öffnung 38 umgibt. Ein rechteckiger Ausschnitt ist in jeder Aufnahme vorhanden, um ein paar rechteckiger Permanentmagnete 42-43 aufzunehmen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei sich zwischen ihren einander gegenüberliegenden Seitenflächen eine neutrale Ebene 44 befindet und ihre einander gegenüberliegenden Pole auf die elektrisch leitenden Scheiben 11-12 gerichtet sind. Die Pole der Magnete 42-43 sind zueinander umgekehrt, d. h. der Nordpol von Magnet 42 und der Südpol von Magnet 43 sind in die gleiche Richtung gewandt. Die neutrale Ebene 44 zwischen aneinandergrenzenden Seitenflächen der Magnete 42-43 ist parallel zur Drehachse der Welle 35 und schließt bei Maximaldrehmoment-Leistung (Fig. 4A) diese Drehachse ein. Bei Minimaldrehmoment-Leistung (Fig. 4-C) werden die Magnetmodule 39 um eine Vierteldrehung aus der Maximalleistungs-Position verdreht, so dass die neutrale Ebene 44 sich an einer Position befindet, an der sie senkrecht zu ihrer Position bei Maximaldrehmoment-Leistung ist. Stellschrauben 45 sind in Gewindebohrungen 46 eingeschraubt, die sich radial vom Umfang der Primärscheibe 10a aus erstrecken, um mit den Stegen 41 der Aufnahmen in Eingriff zu kommen und die Magnetmodule 39 in ausgewählten Drehmomentleistungs-Positionen (beispielsweise Fig. 4-B) zwischen ihrer Maximal- und Minimalleitungs-Position zu arretieren. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Ausführung kann nicht nur verändert werden, indem alle Magnetmodule 39 um einen gleichen Betrag gedreht werden, sondern sie kann auch verändert werden, indem die Magnetmodule 39 um unterschiedliche Beträge gedreht werden. Die Aufnahmen 40 können freiliegende Gruppen von Radial-Anzeigen aufweisen, die auf Anzeigen an der Primärscheibe 10a oder der Abdeckscheibe 10b ausgerichtet werden können, um die Ausrichtung der Magnetmodule 39 anzuzeigen.
Die Magnetmodule können gleichzeitig gedreht werden, um die Drehzahl einzustellen, indem jede Magnetaufnahme mit einem Planetenrad versehen wird, das mit einem mittleren Sonnenrad in Eingriff kommt, so dass, wenn das Sonnenrad gedreht wird oder eines der Planetenräder gedreht wird, alle Planetenräder in Reaktion darauf um einen gleichen Betrag gedreht werden.
Fig. 5-7 zeigen eine zweite Ausführung, bei der ein abgewandelter Magnet-Rotor 10' eine Trägerscheibe 62 aufweist, die mit einer nach vorn gerichteten Ringnut 64 versehen ist, die an ihrem Außenumfang durch eine Vielzahl gleichmäßig beabstandeter kreisrunder Vertiefungen 65 geschnitten wird, die jeweils eine ringförmige hintere Haltelippe 66 mit verringertem Durchmesser aufweisen. Die Ringnut 64 wird durch eine sektorförmige Aussparung 68 geschnitten, die sich strahlenförmig von einer Mittelnut 70 aus erstreckt, die einen Mittelzapfen 72 umschließt. An ihrem äußeren Rand weist die Trägerscheibe 62 eine nach vorn vorstehende Umfangslippe 74 auf.
Magnetmodule 75 mit runden Magnetaufnahmen 76 passen in die Vertiefungen 65. Jede Magnetaufnahme ist an ihrem vorderen und ihrem hinteren Rand vertieft, so dass ein Planetenrad-Ring 77 mit verringerter Breite entsteht, der mit Zähnen 77' versehen ist, die mit einem Sonnenrad-Ring 78 in Eingriff kommen, der in der kreisförmigen Nut 64 angeordnet ist. Das Sonnenrad 78 weist einen Speichenarm 79 auf, der sich in der Aussparung 68 strahlenförmig nach innen zu einer Nabe 80 hin erstreckt, die auf dem Mittelzapfen 72 durch eine Kugellagereinheit 82 gelagert ist.
Jede der Magnetaufnahmen 76 weist einen rechteckigen Ausschnitt 84 auf, der ein Paar nebeneinander angeordneter Permanentmagnete 42', 43' aufnimmt, die stationär und so angeordnet sind, dass jeder Magnetmodul einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die in jeder axialen Richtung gerichtet sind, und so, dass die Pole jedes Magneten gegenüber den entsprechenden Polen des anderen Magneten umgekehrt sind. Die aneinandergrenzenden Seitenflächen der zwei Magnete in jedem Magnetmodul liegen, wie bereits beschrieben, an einander gegenüberliegenden Seiten einer neutralen Ebene 44, und jede neutrale Ebene ist parallel zur Drehachse des Magnet-Rotors und erstreckt sich durch die Drehachse, wenn sich die Magnetmodule des Magnet-Rotors in einer Maximaldrehmomentleistungs-Position für eine bestimmte Last befinden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Die Trägerscheibe 62 ist mit Schrauben 86 an einer Nabenplatte 87 befestigt, die ihrerseits mit Schrauben 88 mit einer Nabenbaugruppe 90 verbunden ist, die auf einer Keilwelle 35' angebracht ist. Eine ringförmige Abdeckplatte 92 passt über die freiliegende Vorderseite der Trägerplatte 62 zwischen der äußeren Lippe 74 und dem Rand der Nabenplatte 87. Die Abdeckplatte 92 weist in Umfangsrichtung beabstandete kreisförmige Ausschnitte 93 auf, die das entsprechende Ende der Magnetmodule 75 aufnehmen und es freilegen. Diese Ausschnitte sind an der Rückseite ausgesenkt, so dass ringförmige hintere Halteabsätze 94 entstehen. Lagerkugeln 90-91 sind vorzugsweise an der Vorderseite und der Rückseite der Planetenrad-Ringe 76 bzw. des Sonnen-Rings 78 vorhanden.
Der Speichenarm 79 weist eine Gewindebohrung 95 auf, die eine Arretierschraube 96 aufnimmt, die durch einen bogenförmigen Ausschnitt 97 in der Nabenplatte 87 nach hinten vorsteht, so dass, wenn die Arretierschraube 96 angezogen wird, das Sonnenrad 78 in seiner Position in Bezug auf den Rest des Magnet-Rotors 10' arretiert wird. Der bogenförmige Ausschnitt 97 ist in Fig. 7 mit unterbrochenen Linien dargestellt. Die Sektor-Aussparung 68 in der Trägerplatte 62 ist vorzugsweise so bemessen, dass sich der Speichenarm 79 über einen Winkelbereich bewegen kann, der einer 90-Grad-Drehung der Planetenräder 77 entspricht. Es ist zu sehen, dass durch manuelle Betätigung der Arretierschraube 96 das Sonnenrad 78 so gedreht werden kann, dass die neutralen Ebenen 44 der Magnetmodule in der gewünschten Drehmomentleistungs-Position in Bezug auf die Drehachse des Magnet-Rotors 10' angeordnet werden können.
Bei einer dritten Ausführung kann das Drehen des Sonnenrades 78 zur Winkeleinstellung der Magnetmodule 75 motorisiert werden, indem die Aussparung 68 auf eine Größe 68' vergrößert wird, durch die ein Umkehr-Gleichstrommotor 100 aufgenommen werden kann, der eine Antriebsverbindung mit dem Speichenarm 79 aufweist. Die Tiefe der Aussparung 68' kann an der Position des Motors 100 vergrößert werden, und die Nabenplatte 87 kann ebenfalls an der Position des Motors ausgespart sein, wenn diese erforderlich ist, um die Dicke des Motors aufzunehmen. Die Antriebswelle des Motors 100 kann mit einer länglichen, mit Außengewinde versehenen Verlängerung 102 versehen sein, die von einer mit Innengewinde versehenen Verbindungsstange 104 aufgenommen wird. Diese Verbindungsstange ist in 105 schwenkbar mit dem Speichenarm 79 verbunden, und der Motor 100 ist in 106 schwenkbar mit der Trägerplatte 62 verbunden. Stromleitungen für Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb des Motors können durch Öffnungen in der Trägerplatte 62 und der Nabenplatte 87 hindurchgeführt werden und mit herkömmlichen Schleifringen auf der Nabe 90 verbunden werden. Diese ihrerseits sind auf die übliche Weise in Schleifverbindung mit Anschlüssen an stationären Zuleitungen von einem Steuermodul verbunden, der den Motor 100 wahlweise in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung antreibt. Bei dieser Anordnung können die Magnetmodule wahlweise nach Belieben von einer Steuerposition von der Kupplung entfernt aus eingestellt werden, um das Drehmoment der Last einzustellen.
Die nicht mit Motor versehene erste und zweite Ausführung der Erfindung ermöglichen es, die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung einzustellen, um eine bekannte Last von einem Antriebsmotor so anzutreiben, dass beim Anlaufen des Antriebsmotors ausreichender Schlupf zwischen den Kupplungs-Rotoren vorhanden ist, und der Antriebsmotor seine volle Drehzahl vor der Last erreichen kann, und ein allmähliches Anlaufen erreicht wird. Für ein derartiges allmähliches Anlaufen sind geringerer Energieverbrauch und ein Antriebsmotor mit geringerer Leistung als in dem Fall erforderlich, in dem die Last ständig fest mit dem Antriebsmotor verbunden ist.
Die beschriebene motorbetätigte dritte Ausführungsanordnung ermöglicht veränderliche Fernsteuerung eines "allmählichen Anlaufens", da die Magnetmodule 75 zunächst beispielsweise auf ihre Minimalleistungs-Position (Fig. 9) eingestellt sein können und dann, wenn der Antriebsmotor volle Drehzahl erreicht hat, die Magnetmodule ferngesteuert in ihre Maximalleistungs-Position (Fig. 8) gedreht werden können.
Die Erfindung ermöglicht es auch, die Kupplung so einzustellen, dass die Drehzahl der Last (beispielsweise einer Pumpe) auf einen Maximalwirkungsgrad-Drehzahlpegel eingestellt werden kann, während der Antriebsmotor mit einer konstanten höheren Drehzahl läuft.
Abwandlungen sind innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche möglich.

Claims

1. Einstellbare Kupplung, die umfasst:

eine Magneteinheit (10),

eine elektrisch leitende Einheit (9), die durch einen Spalt von der Magneteinheit beabstandet ist,

wobei die Einheiten (9, 10) so angebracht sind, dass eine der Einheiten in Bezug auf die andere Einheit auf einer Drehachse (34, 35) gedreht werden kann,

wobei die Magneteinheit (10) mehrere Magnetmodule (39) enthält, die jeweils zwei Magnetpole entgegengesetzter Polarität umfassen, die der elektrisch leitenden Einheit (9) zugewandt sind,

wobei die Module (39) in der Magneteinheit (10) drehbar sind, um das Drehmoment einzustellen.

2. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Magnetpole in jedem Modul (39) durch zwei entsprechende, nebeneinander angeordnete Permanentmagnete (42, 43) gebildet werden.

3. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Magnetpole entgegengesetzter Polarität durch einen Spalt von der elektrisch leitenden Einheit (9) beabstandet sind.

4. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete in jedem Modul (39) an einander gegenüberliegenden Seiten einer neutralen Ebene (44) angeordnet sind und eine Modulachse einschließen, wobei die Pole der zwei Permanentmagnete (42, 43) jeweils umgekehrt zu den Polen des anderen der zwei Magnete sind.

5. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetmodule (39) so angebracht sind, dass sie sich um die entsprechenden Modulachsen drehen, die parallel zu der Drehachse (34, 35) und gleichmäßig davon beabstandet sind.

6. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (42, 43) in jedem Modul (39) in einer Aufnahme (40) angebracht sind, die in der Magneteinheit (10) drehbar ist.

7. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aufnahme (40) eine entsprechende Zahnradeinheit (77), die, wenn sie bewegt wird, die Aufnahme dreht,

sowie eine Einrichtung aufweist, die die Zahnradeinheiten selektiv um einen gleichen Betrag bewegt,

wobei die Einrichtung ein Zahnrad enthält, das von der Magneteinheit (10) getragen ist und mit wenigstens einer der Zahnradeinheiten (77) in Eingriff steht.

8. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradeinheiten simultan gedreht werden.

9. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Aufnahmen (40) einen Planetenradabschnitt (77), und

ein Sonnenrad (78) aufweist, das mit den Planetenradabschnitten (77) in Eingriff steht und jede der Aufnahmen (40) in Reaktion auf die Drehung des Sonnenrades (78) um einen gleichen Betrag dreht.

10. Einstellbare Kupplung nach den Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (40) mit einem Motor (100) gekoppelt sind, der von der Magneteinheit (10) getragen wird, so dass die Aufnahmen (40) in Reaktion auf den Betrieb des Motors um einen gleichen Betrag gedreht werden.

11. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Einheit (9) einen entsprechenden, elektrisch leitenden Ring (11) umfasst, der jedem Ende der Magneteinheit (10) zugewandt ist.

12. Einstellbare Kupplung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheiten (9, 10) so gelagert sind, dass sie sich auf koaxialen Drehachsen (34, 35) drehen, und dass eine Steuereinrichtung vorhanden ist, mit der der Betrieb des Motors (100) ferngesteuert wird.

13. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (100) elektrisch ist und von einer elektrischen Energiequelle angetrieben wird, die von der Magneteinheit (10) entfernt ist.

14. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (100) elektrisch ist und von einer Batterie angetrieben wird, die von der Magneteinheit (10) getragen wird.

15. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (45) an der Magneteinheit (10) vorhanden ist, die die Module (39) in einer eingestellten Position zueinander hält.

16. Einstellbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit (10) mehrere der Magnetmodule (39) aufweist, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind.